KR100666432B1 - 적응성 채널 이퀄라이저 - Google Patents

Abstract

데이터 패킷을 포함하는 지상 방송 고선명 TV 정보를 포함하는 VSB 변조 신호를 처리하는 수신기에서, 수신된 신호는 디지털 신호로 변환되며(19), 복조되며(22) 적응성 채널 이퀄라이저(34)로 등화된다. 등화된 신호는 리드 솔로몬 FEC 에러 검출 및 정정 네트워크(44)를 포함하는 디코딩 네트워크에 의해 처리된다. 이퀄라이저 필터 계수 단계 크기는 패킷 에러율의 함수로서 적응 프로세스 동안 동적으로 조정된다. 로컬 마이크로제어기(60)는 리드 솔로몬 에러 검출기에서 패킷 에러율을 모니터링하며 이 이퀄라이저가 패킷 에러율을 감소하도록 하는 방향으로 계수 단계 크기를 조정하게 지시한다.

Description

적응성 채널 이퀄라이저{ADAPTIVE CHANNEL EQUALIZER}

도 1은 본 발명의 원리에 따라 적응성 이퀄라이저를 포함하는 고선명 TV(HDTV) 수신기의 일부를 도시하는 블록도.

도 2는 본 발명의 원리에 따라 적응성 이퀄라이저의 동작을 예시하는 흐름도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

14 : RF 튜너 28 : 필드 동기 검출기

30 : NTSC 공동 채널 간섭 검출기 34 : 적응성 채널 이퀄라이저

36 : 위상 추적 루프 40 : 트렐리스 디코더

44 : 리드-솔로몬 디코더 46 : 디스크램블러(디랜더마이저)

본 발명은 TV 수신기와 같은 이미지 처리 및 디스플레이 장치에 의해 처리될 수 있는 이미지 표시 신호의 적응성 채널 등화(equalization)에 관한 것이다.

통상적으로 심볼 형태의 디지털 정보를 전송하는 변조 신호로부터 데이터를 복구하는 것은 수신기에 세 가지 기능, 즉 심볼 동기화를 위한 타이밍 복구 기능, 캐리어 복구 기능(기저 대역으로의 주파수 복조), 및 채널 등화 기능을 필요로 한다. 타이밍 복구는, 수신기 클록(타임베이스)이 송신기 클록에 동기화되는 과정이다. 이것은 수신된 신호가 시간적으로 최적점에서 샘플링되게 하여, 수신된 심볼 값의 결정 유도 처리(decision-directed processing)와 연관된 슬라이싱 에러의 기회를 줄여준다. 캐리어 복구는, 낮은 중간 주파수 통과 대역(예를 들어, 근 기저 대역)으로 주파수 다운변환된 후, 수신된 RF 신호가 기저 대역으로 주파수 이동되는 과정으로, 이로써 변조 기저 대역 정보의 복구가 가능하게 된다.

많은 디지털 데이터 통신 시스템은 신호 전송 채널 상의 채널 상태와 교란을 변경하는 왜곡 효과를 보상하기 위해 적응성 등화를 사용한다. 등화 처리는 전송 채널의 전달 함수를 추정하며 왜곡 효과를 줄여주거나 제거하기 위해 전달 함수의 역을 수신된 신호에 인가한다. 채널 등화는 전형적으로 예를 들어 전송 채널의 주파수 종속 시변 응답(frequency dependent time variant response)으로 야기되는 진폭과 위상 왜곡을 제거하는 필터를 사용하여, 이 필터를 통해 개선된 심볼 결정 능력을 제공한다. 등화는 전송 채널의 저역 통과 필터링 효과를 포함하는 전송 채널 교란으로 초래된 기저대역 심볼간 간섭(ISI : InterSymbol Interference)을 제거한다. ISI는 주어진 심볼값이 전후 심볼값(values of preceding and following symbols)에 의해 왜곡되게 하며, ISI가 주어진 결정 영역에서 기준 심볼 위치에 대하여 앞선 심볼 및 뒷쳐진 심볼(advanced and delayed symbols)을 포함하기 때문에 본질적으로 "환영(ghosts)" 심볼을 나타낸다.

적응성 이퀄라이저는 채널 왜곡을 보상하기 위하여 본질적으로 적응성 응답을 갖는 디지털 필터이다. 몇몇 잘 알려져 있는 알고리즘이, 필터 계수를 적응시키며 이 필터 계수에 의해 이퀄라이저를 수렴(converge)하도록 필터 응답을 적응시키는데 이용가능하다. 이퀄라이저 계수를 수렴하는 처리에 있어서, 큰 단계 크기(large step size)가, 초기 적응 스테이지 동안 계수들이 더 빠르게 수렴하도록 하기 위해 일반적으로 사용되지만, 작은 단계 크기의 변화는 계수값이 급격히 변화하는 것을 막기 위해 다른 시간에 사용된다. 본 발명은 그러한 단계 크기 변화의 효과적 사용을 지원하는 프로세스에 관한 것이다.

본 발명의 원리에 따라, 적응성 등화는, FEC 에러 검출 및 정정 네트워크의 출력으로 증명되는 바와 같은 패킷 에러율의 함수로서 적응 과정 동안 이퀄라이저 필터 계수 단계 크기를 동적으로 변경함으로써 용이해진다.

(실시예)

도 1에서, 지상 방송 아날로그 입력 HDTV 신호는 무선 주파수(RF) 튜닝 회로를 포함하는 입력 네트워크(14)와, IF 통과 대역 출력 신호를 발생시키기 위한 중간 주파수(IF) 프로세서(16), 및 적절한 자동 이득 제어 회로(AGC)를 통해 처리된다. 이 실시예에서, 수신 신호는 미국에서 채용된 ATSC 지상 방송 표준에 따른 캐리어 억압된 멀티 준위(multi-level) 8-VSB 변조 신호이다. 도면을 간단히 하기 위해, 도시된 기능 블록을 클록하는 타이밍 신호는 도시되어 있지 않다.

유닛(16)으로부터 나온 통과 대역 IF 출력 신호는 아날로그-디지털 변환기(19)를 통해 디지털 심볼 데이터스트림으로 변환된다. ADC(19)로부터 나온 출력 디지털 데이터스트림은 복조기/캐리어 복구 네트워크(22)를 통해 기저대역으로 복조된다. 이것은 수신된 VSB 데이터스트림에서 작은 기준 파일럿 캐리어(small reference pilot carrier)에 응답하여 위상 동기 루프를 통해 실현된다. 유닛(22)은 출력 I 위상 복조 심볼 데이터스트림을 생성한다. 유닛(22)은 그랜드 얼라이언스 시스템 스펙에서 규정된 타입의 복조기 또는 1998년 08월 26일 출원된 왕(T. J. Wang)의 공동 계류 중인 미국 특허 출원 일련 번호 제09/140,257호에 규정된 타입의 복조기를 포함할 수 있다.

세그먼트 동기 발생기와 심볼 클록 복구 네트워크(24)는 ADC(19)와 연결되어 있다. 네트워크(24)는 수신된 랜덤 데이터로부터 각 데이터 프레임의 반복적인 데이터 세그먼트 동기 성분을 복구한다. 세그먼트 동기 성분은 예를 들어 10.76메가심볼/초(MSymbol/sec)의 적절한 위상 클록(properly phased clock)을 재생하는데 사용되며, 이 위상 클록은 아날로그-디지털 변환기(19)를 통해 데이터스트림 심볼 샘플링을 제어하는데 사용된다.

유닛(28)은 매 수신된 데이터 세그먼트(every received dta segment)를 수신기 내 메모리에 저장된 이상적인 필드 기준 신호(ideal field reference signal)와 비교함으로써 데이터 필드 동기 성분을 검출하여 필드 동기화를 제공한다. NTSC 공동 채널 간섭 검출 및 제거(co-channel interference detection and rejection)는 유닛(30)에서 수행된다. 그 후, 이 신호는 채널 이퀄라이저(34)에 의해 적응성 있게 등화되며, 이 채널 이퀄라이저(34)는 논의되는 본 발명의 원리에 따라 동작한다. 이퀄라이저(34)는 ATSC HDTV 시스템 스펙과 브레틀(W. Bretl) 등의 논문, "그랜드 얼라이언스 디지털 TV 수신기를 위한 VSB 모뎀 서브시스템 설계"(1995년, 08월, 가전 제품에 대한 IEEE 회보록)에서 규정된 타입과 같은 몇몇 타입 중 하나일 수 있다.

이퀄라이저(34)는 채널 왜곡을 정정하지만, 위상 잡음은 랜덤하게 심볼 배열을 회전시킨다. 위상 추적 네트워크(36)는 이퀄라이저(34)로부터 나온 출력 신호에 있는, 위상 잡음을 포함하는, 잔류 위상 및 이득 잡음을 제거하며, 이 위상 잡음은 파일럿 신호에 응답하여 앞선 캐리어 복구 네트워크에 의해 제거되지 않은 것이다. 신호 포착이 시작될 때, 적응성 이퀄라이저(34)는 예를 들어, 일정한 모듈러스 알고리즘(CMA : Constant Modulus Algorithm)과 같은 알려져 있는 블라인드 등화 알고리즘을 사용하여 블라인드 모드에서 동작한다. 약간의 시간, 예를 들어 50㎳의 시간이 경과한 후, 이퀄라이저 출력은, 이퀄라이저(34)가 정상 상태 결정 유도 모드에서 동작하게 할 만큼 충분히 우수한 것으로 간주된다.

이퀄라이저(34)로부터 나온 위상 정정 신호는 유닛(40)에 의해 트렐리스 디코딩된 후, 유닛(42)에 의해 디인터리빙된다. 유닛(40)으로부터 나온 디코딩 및 디인터리빙된 데이터 패킷은 포워드 에러 정정(FEC) 유닛(44), 예를 들어, 리드-솔로몬 에러 검출 및 검출 네트워크를 통해 에러 검출되며 에러 정정된다. 유닛(44)으로부터 나온 에러 정정 패킷은 잘 알려진 절차를 사용하여 유닛(46)에 의해 디스크램블링(디랜덤마이징)된다. 마이크로제어기(60)는 이 시스템의 다른 소자에 적절한 타이밍 제어와 클록 신호를 제공하며, 또 이 시스템의 네트워크들 사이에 데이터 통신 링크의 역할을 한다. 에러 정정기(44)와 마이크로제어기(60)는, 논의되는 바와 같이, 본 발명의 원리에 따라 이퀄라이저(34)의 동작을 제어하도록 연동한다. 그후, 디코딩된 데이터스트림은 유닛(50)에 의해 오디오, 비디오, 및 디스플레이 처리를 받는다.

본 발명의 원리에 따라, 계수 업데이트 처리 동안 이퀄라이저 필터 계수의 단계 크기는 FEC 유닛(44)의 출력에서 측정에 의해 결정된 패킷 에러율의 함수로서 변화된다. 이 측정은, 잘 알려진 FEC 알고리즘에 따라 FEC 유닛 자체 내에서 수행되며, 이 알고리즘은 패킷이 정정될 수 있는 에러보다 더 많은 에러를 포함할 때를 알고 있다. 단계 크기 셋팅은 신호 포착시 한번 결정되며, 그후, 다른 포착이 수행될 때까지 유지된다. 이 패킷 에러율은 마이크로제어기(60)를 통해 모니터링된다. 본 명세서에서 패킷 에러율은 시스템 성능의 직접적 및 정확한 수단(measure)이며 그리하여 단계 크기 변화가 용인 가능한 결과를 생성하는지 아니면 용인되지 않는 결과(더 낮거나 더 높은 패킷 에러율)를 생성하는지 여부의 누적 수단(cumulative measure)으로 유리하게 사용된다는 것을 이해할 것이다. 단계 크기 변화는 이퀄라이저 동작 모드, 즉, 블라인드 모드 또는 결정 유도 동작 모드에 독립적으로 발생한다. 단계 크기를 변경시키는 것은 블라인드 모드에서 결정 유도 동작 모드로 스위칭하는 이퀄라이저를 지원할 수 있다.

이퀄라이저 단계 크기를 변경하는 것은 동적 멀티 경로 ("환영")추적 성능과 트레이드 오프를 하여, 필터 계수에 랜덤 부정확성으로 인한 잡음 기여도를 줄여준다. 더 큰 단계 크기는 필터 계수가 더 빠르게 변경하게 하며, 그 결과 이 필터는 멀티 경로 상태를 동적으로 변경하는 것에 더 빠르게 적응할 수 있다. 이것은 필터 계수의 공칭값에 대한 필터 계수의 랜덤 변동(fluctuations)에 의해 초래된 잡음 준위를 줄여준다. 이것은, 수신기가 종종 동작하여야 하는 조건인 변화하는 신호 손상(the varying signal impairments)으로 인한 지상 방송 고선명 TV 신호 수신기를 위해 특히 유리하다.

몇몇 경우에, 수신기의 성능을 제한하는 인자는 열적으로 발생된 백색 잡음이나 정적 멀티 경로를 포함할 수 있다. 다른 경우에, 수신기 성능을 제한하는 인자는 동적 멀티 경로이다. 백색 잡음과 정적 멀티 경로 상태 하에서, 필터 계수는, 정상 상태 동작 상태에 도달하였을 때 재빠르게 적응할 필요가 없어서, 단계 크기가 작을 수 있다. 동적 동작 상태 하에서, 필터 계수는 변화하는 멀티 경로 파라미터에 재빠르게 적응할 필요가 있다. 개시된 시스템은, 전형적으로 예상된 신호 상태를 위해 선택된 초기 단계 크기에 대해 FEC 검출기의 출력에서 적절한 간격에 걸쳐 패킷 에러 측정을 함으로써 이들 고려 사항을 유리하게 처리한다. 만약 측정된 에러율이 용인 가능한 임계값 위에 있으면, 다른 단계 크기가 설정되며 다른 패킷 에러 측정이 동일 시간 간격에 걸쳐 시행된다. 예를 들어, 만약 큰 단계 크기가 초기에 사용되었다면, 더 작은 단계 크기가 두 번째 측정을 위해 사용될 것이다. 두 측정 간격 종료시에, {제어기(60)로 결정되는 바와 같은} 더 작은 에러 비율을 생성하는 단계 크기가 적절히 튜닝된, 사용 가능 신호가 나타나는 한 사용된다. 이 단계 크기는, 단계 크기 선택 처리가 반복될 때, 그 다음 신호 포착 시간때까지 유지된다.

이 처리는 특정 시스템의 요건에 적합하도록 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 단계 크기 변화 후 더 적은 에러가 있을 수 있다. 그 경우에, 다른 단계 크기 감소가 주어진 시스템에서 이용가능하다면 시험될 수 있다. 실질적으로 첫 번째 단계 크기 감소 후 동일 양의 패킷 에러가 존재한다면, 타이 브레이커 룰(tie-breaker rule)이 사용될 수 있다. 그 경우에 본 시스템은 추적 품질을 유지하기 위해 더 큰 단계 크기를 사용할 것이다. 하지만, 다른 시스템이 본 시스템의 요건에 따라 그렇게 할 수 있는 것이 바람직한 것으로 간주된다면 더 낮은 단계 크기를 사용할 수 있다.

좀더 구체적으로, 이퀄라이저 계수 단계 크기는 도 2 에 도시되어 있는 흐름도로 도시된 방법에 따라 설정된다. 단계(1)에서, 신호 포착시에, 마이크로제어기(60)는 본 예에서 포착시 정상적으로 예상된 신호 상태에 기초한 디폴트 단계 크기(default step size)로 이퀄라이저(34)의 동작을 초기화한다. 약 1 초 정도의 미리 결정된 지연값 이후(단계 2), 제어기(60)는 얼마나 많은 패킷 에러가 누적되어 있는지를 결정하기 위해(단계 3) FEC 유닛(44)에 질문을 한다. 1초의 지연값은 공칭 지연값이다. 다른 지연값도 특정 시스템의 요건에 따라 사용될 수 있다. 경험적으로 결정되는 바와 같이(단계 4), 패킷 에러의 수가 가시 임계값(threshold of visibility)을 초과하지 않는다면, 현 이퀄라이저 계수 단계 크기가 유지된다(단계 5). 그후, 프로세스는 그 다음 신호 포착시(단계 10)까지 종료한다(단계 9).

패킷 에러의 수가 가시 임계값을 초과한다면(단계 4), 제어기(60)는 이퀄라 이저(34)에 명령을 해서 이퀄라이저의 계수 단계 크기를 줄이게 한다(단계 5). 미리 결정된 지연값 이후(단계 6), 마이크로제어기는 패킷 에러가 증가하였지 여부를 결정하기 위해(단계 7) FEC 유닛(44)에 질문을 한다. 패킷 에러의 수가 증가하였다면, 제어기(60)는 이퀄라이저 단계 크기가 디폴트 단계 크기로 복귀하게 한다(단계 8). 그렇지 않으면, 감소된 단계 크기가 유지된다. 그 처리는 그후 그 다음 신호 포착시(단계 10)까지 종료한다(단계 9).

이 프로세스는 특정 시스템의 요건에 적합하도록 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 단계 7은 패킷 에러의 수가 증가하지 않아서 변화하지 않고 유지되는지를 결정하거나 패킷 에러의 수가 감소하였음을 결정할 수 있다. 만약 패킷 에러가 단계 7에서 감소하면, 다른 단계 크기 감소가, 그 경우가 이용 가능하다(즉, 가장 작은 단계 크기 제한에 도달하지 않았다)면, 시험받을 수 있다. 만약 패킷 에러가 단계 7에서 변화하지 않고 유지되면, 주어진 시스템은 더 큰 단계 크기나 더 작은 단계 크기를 사용하는 미리 결정된 룰을 사용할 수 있다.

본 발명은 TV 수신기와 같은 이미지 처리 및 디스플레이 장치에 의해 처리될 수 있는 이미지 표시 신호의 적응성 채널 등화(equalization)에 이용된다.

Claims (5)

1. 데이터 패킷을 포함하는 변조 신호를 포함하는 이미지를 나타내는 데이터스트림을 포함하는 수신된 신호를 처리하는 시스템에서, 신호 처리 방법에 있어서,

   복조 신호를 생성하기 위해 상기 수신된 신호를 복조하는 단계와,

   등화된 신호를 생성하기 위해 상기 복조된 신호를 적응성 있게 등화하는 단계와,

   상기 등화된 신호에 있는 패킷 에러를 검출하기 위해 상기 등화된 신호를 에러 검출하는 단계와,

   상기 등화 단계 동안 상기 검출된 패킷 에러의 함수로서 필터 계수 단계 값을 조정하는 단계를

   포함하는, 신호 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수신된 신호는 다중 준위 심볼 배열(multiple level symbol constellation)로 표시되는 고선명 비디오 정보를 포함하는 잔류 측대역(VSB : Vestigial Sideband) 변조된 신호이며, 상기 데이터는 연속 데이터 프레임으로 구성된 데이터 프레임 포맷을 구비하는, 신호 처리 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 에러 검출 단계는 상기 등화 신호를 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 에러 검출 및 정정하는 단계를 포함하는, 신호 처리 방 법.
4. 데이터 패킷을 포함하는 이미지를 나타내는 데이터스트림을 포함하는 수신된 신호를 처리하는 시스템에서, 신호 등화 방법에 있어서,

   (a) 디폴트 계수 단계 크기(default coefficient step size)로 이퀄라이저를 초기화하는 단계와,

   (b) 패킷 에러의 양을 결정하는 단계와,

   (c) 상기 결정된 패킷 에러의 양이 미리 결정된 준위를 초과하지 않으면 상기 초기 단계 크기를 유지하는 단계와,

   (d) 상기 결정된 패킷 에러의 양이 미리 결정된 준위를 초과하면 계수 단계 크기(coefficient step size)를 감소시키는 단계와,

   (e) 상기 패킷 에러의 양이 상기 단계 (d)에 있는 상기 계수 단계 크기를 감소시킨 후 증가하였는지를 결정하는 단계와,

   (f) 상기 패킷 에러의 양이 상기 단계 (d)에 있는 상기 계수 단계 크기를 감소시킨 후 증가하였으면 상기 디폴트 계수 단계 크기로 되돌리는 단계를

   포함하는, 신호 등화 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 결정 단계는 리드-솔로몬 FEC 검출기의 동작과 연관된 패킷 에러 양을 결정하는 단계를 포함하는, 신호 등화 방법.

Images